6.5
Напомним, что внутренняя энергия системы определяется как сумма теплоты и работы. Теплота измеряется калориметрическим методом, но как измерить работу? Работа это результат воздействия силы на объект, например, когда его тянут, толкают или поднимают.
Таким образом, работа равна силе, умноженной на расстояние. Если удар клюшки для гольфа перемещает мяч на 100 футов, значит, она выполнила работу. Энергия передается от клюшки к мячу.
В этом случае мяч это система, над которой осуществляет работу окружение. В химических реакциях работа может быть связана с множеством физических или химических изменений в системе. Часто встречающийся тип работы это работа с давлением и объемом.
Рассмотрим сгорание в цилиндре двигателя. При сгорании не только выделяется тепло, но и выделяется газ, который выполняет работу. Когда объем газа в цилиндре увеличивается, давление толкает поршень вниз, действуя против внешних сил окружающей среды.
Давление определяется как сила, действующая на площадь. Здесь сила расширяющихся газов распределяется по площади основания поршня. Другими словами, сила равна давлению, умноженному на площадь.
Таким образом, работу, которая является силой, умноженной на расстояние, можно представить как давление, умноженное на площадь и расстояние, на котором оно действует. Для цилиндра двигателя это разница высот, на которую перемещается поршень. Учитывая, что площадь, умноженная на высоту, это объем цилиндра, уравнение работы можно определить как умножение давления на изменение объема системы.
Однако, поскольку объем увеличивается, и поршень выталкивается вниз, система фактически выполняет работу с окружающей средой, которая обычно имеет отрицательное значение. Поэтому работа определяется как отрицательное значение давления P, умноженное на дельта V, или изменение конечного и начального объема, которое произошло во время расширения. Единица измерения работы давления и объема обычно определяется как литр-атмосфера.
Эту единицу можно преобразовать в обычную единицу энергии, Джоули, используя коэффициент преобразования, равный 101, 3 Джоуля.
По мере того как система претерпевает изменения, ее внутренняя энергия может меняться, и энергия может передаваться из системы в окружающую среду или…
© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.